DE4018775C2 - Method and arrangement for determining the load of internal combustion engines - Google Patents
Method and arrangement for determining the load of internal combustion enginesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs 1. Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 40 09 922 A1 bekannt, die eine ältere Anmeldung betrifft (vergl. auch die ausgegebene Patentschrift DE 40 09 922 C2).The invention relates to a method according to the preamble of the An claim 1. A method according to the preamble of claim 1 is from unpublished DE 40 09 922 A1, which is an older application relates (see also the issued patent DE 40 09 922 C2).
Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine ist eine der wesentlichen Betriebs größen, die zur Optimierung der Motorbetriebs, z. B. des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses in Abhängigkeit von den Abgaskanal einer Sauerstoffmeßsonde ermittelten Werten, dienen. Es ist bekannt, bei der Ermittlung der Last die Ein spritzzeit oder den Luftvolumenstrom in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zugrunde zulegen. Dies hat aber den Nachteil, daß sich z. B. in Abhängigkeit von des Kennlinien der verwendeten Ventile unterschiedliche Lastwerte erge ben. Damit wird aber ein Vergleich von im übrigen gleichen Motoren erschwert, was z. B. bei Wartungsarbeiten, aber auch bei Entwicklungsarbeiten ungünstig sein kann, da Vergleiche bestimmter Betriebsgrößen nur durch entsprechende Umrechnung möglich sind. The engine power of an internal combustion engine is one of the essential operating sizes that are used to optimize engine operation, e.g. B. the fuel-air Ratio depending on the exhaust duct of an oxygen measuring probe determined values, serve. It is known to determine the On when determining the load spraying time or the air volume flow depending on the engine speed to take as a basis. However, this has the disadvantage that z. B. depending Different load values result from the characteristics of the valves used ben. However, this makes a comparison of otherwise identical motors more difficult, what z. B. unfavorable for maintenance work, but also for development work can be, since comparisons of certain company sizes can only be made by corresponding Conversion is possible.
Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine wird bekanntlich in erster Linie über die Drosselklappe im Aussaugrohr gesteuert. Eine entscheidende Größe bei der Optimierung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist dabei der sich in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung sowie in Abhängigkeit weiterer Betriebsparameter ergebende Luftmassenstrom.The engine power of an internal combustion engine is known to be primarily controlled via the throttle valve in the exhaust pipe. A crucial size when optimizing the operating variables of the internal combustion engine is the depending on the throttle valve position and depending air mass flow resulting in further operating parameters.
Dieser Luftmassenstrom kann mit Meßgeräten wie Heißfilm- oder Heißdraht- Luftmassenstrommessern ermittelt werden. Je nach Art dieser Meßgeräte er geben sich aber durch den normalen Betrieb des Motors infolge des Ventilbe triebs im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine Pulsationen und somit Meß fehler, da die Meßgeräte nur auf den Luftmassenstrom, nicht aber dessen Richtung ansprechen.This air mass flow can be measured with measuring devices such as hot film or hot wire Air mass flow meters can be determined. Depending on the type of these measuring devices he give but by the normal operation of the engine due to the Ventilbe drives pulsations in the intake pipe of an internal combustion engine and thus measurement error, since the measuring devices only on the air mass flow, but not its Address direction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung der Last einer Brenn kraftmaschine von konstruktiven Maßnahmen und bestimmten Betriebspara metern unabhängig zu machen, so daß über eine stets eindeutige Größe ver fügt werden kann, die auch auf den einzelnen Zylinder ausgerichtet ist.The invention has for its object to determine the load of a burning Engine of constructive measures and certain operating para To make meters independent, so that ver always has a clear size can be added, which is also aligned to the individual cylinder.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Eine Schal tungsanordnung zur Ermittlung der Last einer Brennkraftmaschine nach dem Verfahren nach Anspruch 1 ergibt sich aus Anspruch 7.This object is achieved according to the invention by the characterizing Part of claim 1 specified features. Appropriate configurations of the method result from subclaims 2 to 6. A scarf device arrangement for determining the load of an internal combustion engine after The method of claim 1 results from claim 7.
Das Vorfeld der Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, daß sich die bei der Messung des Luftmassenstroms durch Pulsationen im Lufteintrittsbereich ergebenden Fehler, die sich auf die Ermittlung der Last auswirken, meßtechnisch korrigier bar sind, da es für Brennkraftmaschinen eines bestimmten Typs möglich ist, im Ansaugbereich ideale Betriebsbedingungen zu schaffen, die eine fehlerfreie Messung des Luftmassenstroms ermöglichen. Diese idealen Bedingungen können durch Beruhigung des eintretenden Luftmassenstroms mittels einer ein entsprechend großes Volumen aufweisenden Kammer hergestellt werden. Auf diese Weise läßt sich ein Referenz-Luftmassen-Strom ermitteln.The run-up to the invention is based initially on the knowledge that the of the air mass flow resulting from pulsations in the air inlet area Correct any errors that affect the determination of the load bar, since it is possible for internal combustion engines of a certain type, in Intake area to create ideal operating conditions that are error-free Allow measurement of air mass flow. These ideal conditions can by calming the incoming air mass flow using a correspondingly large volume chamber are produced. On a reference air mass flow can be determined in this way.
Aus dem Normal-Luftmassenstrom und dem Referenz-Luftmassen-Strom kann ein Korrekturfaktor gebildet werden, der von der jeweiligen Höhenlage, also dem Luftdruck, im wesentlichen unabhängig ist, da es sich gezeigt hat, daß die Auswirkungen der Pulsationen auf den Luftmassenstrom von der Höhenlage bzw. dem Luftdruck im wesentlichen unabhängig sind.From the normal air mass flow and the reference air mass flow a correction factor can be formed from the respective altitude, ie the air pressure, is essentially independent, since it has been shown that the Effects of the pulsations on the air mass flow from the altitude or the air pressure are essentially independent.
Der Korrekturfaktor kann in einem Kennfeld gespeichert werden, das dann dazu verwendet wird, beim normalen Betrieb einer Brennkraftmaschine des be stimmten Typs, der im Versuchsbetrieb verwendet wurde, den unter normalen Bedingungen auftretenden Luftmassenstrom zu korrigieren. Selbstverständlich ist es erforderlich, bei allen Verfahrensschritten (siehe schon a) bis c) von Anspruch 1) bestimmte Betriebsparameter wie die Drosselklappenstellung, die Motordrehzahl und ggf. die Nockenstellung der Nockenwelle zu berücksichtigen. Üblicherweise gelangen nur zwei Nocken stellungen zur Anwendung, so daß entsprechend zwei Kennfelder aufgestellt werden müssen.The correction factor can be stored in a map, which is then added is used in the normal operation of an internal combustion engine of the be agreed type, which was used in the trial operation, under normal Correct conditions occurring air mass flow. Of course it is necessary in all process steps (see already a) to c) of claim 1) certain operating parameters such as the throttle valve position, the engine speed and possibly the cam position the camshaft. Usually only two cams get positions for use, so that two maps are set up accordingly Need to become.
Mit der Verfügbarkeit über ein Korrektur-Kennfeld des Luftmassenstroms im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine ist es möglich, eine eindeutige Ermitt lung der Last, d. h. des auf Normbedingungen bezogenen Luftaufwands durch zuführen.With the availability via a correction map of the air mass flow in the Intake area of the internal combustion engine, it is possible to ascertain clearly load, d. H. of the air expenditure related to standard conditions respectively.
Aus dem korrigierten Luftmassenstrom kann dann erfindungsgemäß (vergl. d) und e) von Anspruch 1) die tatsächliche Luftmasse pro Zylinder und daraus die Last ermittelt werden, wobei die theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder unter Normbedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 20°C und einem Druck von 1013 mbar, zugrunde gelegt wird.From the corrected air mass flow, the actual air mass per Cylinder and from it the load are determined, the theoretically possible Air mass per cylinder under standard conditions, d. H. at a temperature of 20 ° C and a pressure of 1013 mbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 uns 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:The invention is explained below with reference to FIGS. 1 and 2, for example. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraft stoffeinspritzsystems eines 4-Zylinder- Motors, und Fig. 1 is a schematic representation of a fuel injection system of a 4-cylinder engine, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung seiner kombi nierten Versuchsanordnung und einer in einem Fahrzeug befindlichen Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens. Fig. 2 is a schematic representation of its combined experiment arrangement and a circuit arrangement located in a vehicle for carrying out the method according to the invention.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kraftstoffein spritzsystem ist jedem Zylinder des Motors 13 ein Ein spritzventil 21 bis 24 zugeordnet. Die Einspritzventile sind Teile eines Kraftstoffkreislaufs, der in an sich be kannter Weise aus einem Tank 1, einer elektrischen Kraft stoffpumpe 2, einem Kraftstoffilter 3 und einem Druckregler 8 besteht, von dem über eine Leitung 15 der überschüssige Kraftstoff in den Tank 1 zurückgefördert wird.In the fuel injection system shown schematically in Fig. 1, an injection valve 21 to 24 is assigned to each cylinder of the engine 13 . The injection valves are parts of a fuel circuit, which in a manner known per se consists of a tank 1 , an electric fuel pump 2 , a fuel filter 3 and a pressure regulator 8 , from which the excess fuel is returned to the tank 1 via a line 15 .
Die Verbrennungsluft für den Motor 13 strömt von einem nicht dargestellten Filter über einen Luftmassenmesser 6, eine Drosselklappe 5 und einen Ansaugkanal 9. In einem By pass zur Drosselklappe 5 befindet sich ein Stellglied 4 ei nes Leerlaufreglers.The combustion air for the engine 13 flows from a filter (not shown) via an air mass meter 6 , a throttle valve 5 and an intake duct 9 . In a by pass to the throttle valve 5 there is an actuator 4 egg idle controller.
Im Abgaskanal 14 des Motors 13 ist eine Sauerstoffmeßsonde 11 angeordnet, deren elektrisches Ausgangssignal in an sich bekannter Weise vom Sauerstoffanteil der Abgase abhängt. In the exhaust duct 14 of the engine 13 , an oxygen measuring probe 11 is arranged, the electrical output signal of which depends in a manner known per se on the oxygen content of the exhaust gases.
Die Temperatur des Motors 13 wird von einem Temperatursen sor 10 gemessen. Ferner sind am Motor 13 ein Drehzahlgeber 16, ein Kurbelwellenpositionsgeber 19 und ein Zündsignalgeber 20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die Abgastemperatur.The temperature of the motor 13 is measured by a temperature sensor 10 . Furthermore, a speed sensor 16 , a crankshaft position sensor 19 and an ignition signal sensor 20 are provided on the engine 13 . A temperature sensor 25 measures the exhaust gas temperature.
Im Abgaskanal 14 des Motors 13 ist die bereits genannte Sauerstoffmeßsonde 11 angeordnet, deren elektrisches Ausgangssignal in an sich bekannter Weise vom Sauerstoffanteil der Abgase abhängt. Die Temperatur des Motors 13 wird von einem Temperatursen sor 10 gemessen. Ferner sind am Motor 13 ein Drehzahlgeber 16, ein Kurbelwellenpositionsgeber 19 und ein Zündsignalgeber 20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die Abgastemperatur.The already mentioned oxygen measuring probe 11 is arranged in the exhaust duct 14 of the engine 13 , the electrical output signal of which depends in a manner known per se on the oxygen content of the exhaust gases. The temperature of the motor 13 is measured by a temperature sensor 10 . Furthermore, a speed sensor 16 , a crankshaft position sensor 19 and an ignition signal sensor 20 are provided on the engine 13 . A temperature sensor 25 measures the exhaust gas temperature.
Die Drosselklappenstellung wird von einem Geber 7 zusätz lich zu den Signalen der bereits aufgeführten Sensoren ei ner Motorsteuerelektronik 12 zugeführt, wobei außerdem von einem Schalter 18 ein die Leerlaufstellung kennzeichnendes Schaltsignal erzeugt wird.The throttle valve position is supplied by an encoder 7 in addition to the signals from the sensors already listed, including engine control electronics 12 , and a switch signal identifying the idle position is also generated by a switch 18 .
Zur Ermittlung des tatsächlichen, d. h. von Pulsationen im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine unbeeinflußten Luft massenstroms wird in einem Versuchsbetrieb der normale Luftmassenstrom unter normalen Betriebsbedingungen mit einem Meßgerät 26 und ein Referenz-Luftmassenstrom, d. h. ein beruhigter und damit von Pulsationen ungestörter Luft massenstrom mittels eines Meßgeräts 27 gemessen. Die sich ergebenden elektrischen Signale werden einem Komparator 28 zugeführt, der in Abhängigkeit von bestimmten Betriebspara metern P1 bis F3 einen Korrekturfaktor erzeugt. Der Para meter P1 ist dabei der Winkel α der Drosselklappe, der Parameter P2 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine und P3 die Stellung S1 bzw. S2 der Nocken der Nockenwelle. Damit ergibt sich ein Korrekturfaktor K1 = f(α, n, S1) und ein Korrekturfaktor K2 = f(α, n, S2) für die beiden Nockenwellenstellungen. Dieser Korrekturfaktor in Form eines elektrischen Signals wird einem Speicher 29 zugeführt, in dem zwei Korrekturfaktor-Kennfelder wiederum in Abhängig keit von den Parametern P1 bis P3 aufgenommen wird.In order to determine the actual air mass flow, that is to say unaffected by pulsations in the intake manifold of an internal combustion engine, the normal air mass flow under normal operating conditions is measured in a test operation with a measuring device 26 and a reference air mass flow, ie a calmed air flow, which is therefore undisturbed by pulsations, is measured by a measuring device 27 . The resulting electrical signals are fed to a comparator 28 , which generates a correction factor as a function of certain operating parameters P1 to F3. The parameter P1 is the angle α of the throttle valve, the parameter P2 the speed n of the internal combustion engine and P3 the position S1 or S2 of the camshaft cam. This results in a correction factor K1 = f (α, n, S1) and a correction factor K2 = f (α, n, S2) for the two camshaft positions. This correction factor in the form of an electrical signal is fed to a memory 29 , in which two correction factor maps are again recorded as a function of the parameters P1 to P3.
Damit stehen im Speicher 29 diejenigen Daten zur Verfügung, die erforderlich sind, bei einer Brennkraftmaschine des Typs, der im Versuchsbetrieb verwendet wurde, unter Zugrun delegung des korrigierten Luftmassenstroms die Last zu er mitteln. Dazu dient eine in einem Fahrzeug montierte Schal tungsanordnung, die einen Speicher wie den Speicher 29 der Versuchsanordnung der Fig. 2 enthält. Außerdem ist ein Meß gerät 6 zur Messung des Luftmassenstroms bei normalem Betrieb mit dem Speicher 29 verbunden, der in Abhängigkeit von Parametern P1 bis P3, die den Drosselklappenwinkel α, die Drehzahl n und zwei mögliche Nockenstellungen S1 und S2 umfassen, den korrigierten Luftmassenstrom ausgibt, aus dem in einer Recheneinheit 30 die Last, d. h. der auf Normbedin gungen bezogenen Luftaufwand ermittelt wird. Hierzu erhält die Recheneinheit 30 als weitere Eingangsgrößen die Motor drehzahl als Parameter P2, das Zylindervolumen V, die Zy linderanzahl NZ und die unter Normbedingungen theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder LMN, woraus die Last als tatsächliche Luftmasse pro Zylinder bezogen auf die unter Normbedingungen theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder errechnet wird.Thus, those data are available in the memory 29 that are required to determine the load in an internal combustion engine of the type that was used in the trial operation, with the correction of the corrected air mass flow. For this purpose, a circuit arrangement mounted in a vehicle is used, which contains a memory such as the memory 29 of the experimental arrangement in FIG. 2. In addition, a measuring device 6 for measuring the air mass flow during normal operation is connected to the memory 29 , which outputs the corrected air mass flow as a function of parameters P1 to P3, which include the throttle valve angle α, the speed n and two possible cam positions S1 and S2. from which in a computing unit 30 the load, that is to say the air expenditure related to standard conditions, is determined. For this purpose, the computing unit 30 receives the engine speed as a parameter P2, the cylinder volume V, the number of cylinders N Z and the theoretically possible air mass per cylinder LM N as a further input variable, from which the load as the actual air mass per cylinder in relation to the theoretically under normal conditions possible air mass per cylinder is calculated.
Claims (7)
- a) in eines Versuchsbetrieb ein Referenz-Luftmassen-Strom entspre chend idealen Betriebsbedingungen im Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern ermittelt werden,
- b) durch Vergleich aus den Werten des Referenz-Luftmassen-Stroms und des normalen Luftmassenstroms in Abhängigkeit von den be stimmten Betriebsparametern ein Korrekturfaktor ermittelt und in Form eines Kennfeldes gespeichert wird,
- c) bei normalem Betrieb einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs der normale Luftmassenstrom ermittelt und mittels des Kor rekturfaktors in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebspara metern korrigiert wird,
- a) bei normalem Betrieb einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs aus dem korrigierten Luftmassenstrom die tatsächliche Luft masse pro Zylinder ermittelt wird, und
- b) aus der tatsächlichen Luftmasse pro Zylinder die Motorlast als Verhältnis der tatsächlichen Luftmasse pro Zylinder zur theore tisch möglichen Luftmasse pro Zylinder unter Normbedingungen ermittelt wird.
- a) in a test operation, a reference air mass flow corresponding to ideal operating conditions in the intake area of an internal combustion engine of the specific type are determined as a function of specific operating parameters,
- b) a comparison factor is determined by comparing the values of the reference air mass flow and the normal air mass flow as a function of the specific operating parameters and is stored in the form of a map,
- c) during normal operation of an internal combustion engine of the specific type, the normal air mass flow is determined and corrected by means of the correction factor as a function of the determined operating parameters,
- a) the normal air mass per cylinder is determined during normal operation of an internal combustion engine of the specific type from the corrected air mass flow, and
- b) from the actual air mass per cylinder, the engine load is determined as the ratio of the actual air mass per cylinder to the theoretically possible air mass per cylinder under standard conditions.
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